大学物理仿真实验实验报告

实验名称：喇曼光谱实验            实验日期：20##-12-01

学号：2120302002                     实验人员：黄雨诗

一、  实验目的：

1.拍摄喇曼光谱并观察；

2.学会推测出分子拉曼光谱的基本概貌，如谱线数目、大致位置、偏振性质和它们的相对强度；

3.从实验上确切知道谱线的数目和每条线的波数、强度及其应对应的振动方式（为此有时需辅以红外光谱等手段）。

4.以上两个方面工作的结合和对比，利用拉曼光谱获得有关分子的结构和对称性的信息。

二、实验原理：

  （1）喇曼效应和喇曼光谱:当光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外，还有比激发光波长长的和短的成分，后一现象统称为喇曼效应。由分子振动、固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射称为喇曼散射，一般把瑞利散射和喇曼散射合起来所形成的光谱称为喇曼光谱

（2）喇曼光谱基本原理: 设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如下图所示。

当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态，虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。设仍回到初始的电子态，则有如图所示的三种情况。因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为喇曼线。在喇曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。

瑞利线与喇曼线的波数差称为喇曼位移，因此喇曼位移是分子振动能级的直接量度。下图给出的是一个喇曼光谱的示意图。

（3）喇曼效应的经典电磁解释：如分子，在激发光的交变场作用下发生感生极化，也就是正负电中心从相合变为相离，成为电偶极子。这感生电偶极子是随激发场而交变的，因此它也就是成了辐射体。简单的与激光同步的发射，就成为瑞利散射。然而分子本身有振动和转动，各有其特种频率。这些频率比激发光的频率低一两个数量级或更多些，于是激发光的每一周期所遇的分子振动和转动相位不同，相应的极化率也不同。

（4）当光入射到样品上时的三种情况：

1.光子同样品分子发生了弹性碰撞，没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，此时散射光频率=入射光频率: hwk = hw1；

2.如频率为w1的入射光子被样品吸收，样品分子被激发到能量为hwr的振动能级L = 1上，同时发生频率为ws= w1 - wL的斯托克斯散射；

3.如果分子处于振动能级为L = 1的激发态，入射光子吸收了这一振动能级的的能量就会发生频率为was= w1 +wL的反斯托克斯散射。

三、实验仪器：

  仪器：激光拉曼/荧光光谱仪（单色仪，激光光源，外光路系统及样品装置，聚光部件，分光系统，探测系统等）

  仪器使用原理：

  拉曼光谱实验的光学原理图：

 

四、实验内容：

1.选择鼠标右键菜单的“打开激光器"开始调整光路；

2.点击单色仪狭缝,调出窗口画面模拟在入射狭缝处放一白纸观察锐利光的现象,即绿色光亮条纹是否清晰.若清晰切进入狭缝就不要调整.若不正常,调整上图所示绿色椭圆所圈的聚光凹面镜旋钮；

3. 选择鼠标右键菜单的“拍摄喇曼光谱"调出光谱拍摄界面。

4、进行阈值分析,，选定阈值之后,关闭阈值分析界面,点击"扫描光谱"按钮,开始拍摄光谱。

（1）阈值分析

（2）光谱扫描

（3）波形放大：

峰值处：

实验样品CCL4 的谱图分析：

以上实验样品为CCL4。CCL4分子由一个碳原子和四个氯原子组成，四个氯原子位于正四面体的四个顶点，碳原子在正四面体的中心。CCL4分子具有9个简正振动方式，所以CCL4的哈曼光谱中有九个峰值，如上图。

五、误差分析：

系统误差：本次实验为仿真实验，因此从理论上来讲没有系统误差，不过实际操作时会因入射、出射狭缝，孔径角的匹配，激发波长的而导致误差。

 人为误差：没有调整好光谱仪等。

六、思考题：

1.在喇曼光谱实验中为了得到高质量的谱图,除了选用性能优异的光谱仪外,正确的使用光谱仪，控制和提高仪器的分辨率和信噪比是很重要的.提高仪器的分辨率和信噪比的主要因素是什么?实验中如何实现和鉴别？

控制仪器分辨率的主要因素：（1）入射、出射狭缝：随着狭缝宽度加大，分辨率线性下降，使谱线展宽。（2）孔径角的匹配：由于分辨率是光栅宽度的线性函数，如果收集光系统不能照明整个光栅，则仪器分辨率将会下降。

提高仪器信噪比的主要因素：（1）激发功率提高激发光强度或增加缝宽能够提高信噪比；（2）激发波长。一般用长波长的激光谱线作为激发光，对获得高质量的谱图有利。

2.研究单光子计数器的作用,实验中如何选取脉冲幅度甄别器的甄别电平（阈值）。

  选取脉冲幅度甄别器的甄别电平（阈值）要满足：把幅度低于甄别电平的脉冲抑制掉。只让幅度高于甄别电平的脉冲通过以来实现单光子计数。

3.分析喇曼光谱的特点及其应用。

特点：

  1.对同一样品，同一拉曼线的波数差与入射光波长无关；

2.其次在以波数为变量的拉曼光谱图上，如果以入射光波数为中心点，则斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分裂在入射光的两边；

3.斯托克斯的强度一般都大于反斯托克斯线的强度。拉曼光谱的上述特点是散射体内部结构和运动状态的反映，也是拉曼散射固有机制的体现。

应用：

1.利用喇曼光谱可以鉴别和分析样品的化学成分。

2.外界条件的变化对分子结构和运动产生不同程度的影响，因此喇曼光谱的也常被用来研究物质的浓度，温度和压力等效应。

3.喇曼光谱分析方法是一种用得很多的分析测试手段。喇曼光谱尤其有利于分析有机物，高分子，生物制品，药物等，故成为化学，农业，医药，环保及商检等行业的重要分析技术。在凝聚态物理学中，喇曼光谱也是取得结构和状态信息的重要手段。

第二篇：中心大学物理、基础化学及电工电子实验教学成绩评定标准

中心大学物理、基础化学及电工电子实验教学成绩评定标准

各实验室实验成绩应由实验预习报告成绩、实验操作成绩及实验报告成绩三部分构成，采用百分制。具体比例为实验预习报告成绩占30%，实验操作成绩占40%，实验报告成绩占30%。三部分具体评分标准如下：（各实验室可根据实际情况自行调整与执行）

◆预习报告评分标准（满分30分）：

1、认真阅读实验教材有关内容，了解实验目的、原理，按要求书写预习报告。（5分）

2、预习报告书写工整，各项内容齐全。（10分）

3、实验步骤表述清晰完整，有条理。（10分）

4、了解该次实验的重点内容，及实验器材的正确使用方法。（5分）

（备注：实行网上预习与仿真学习及测试的实验室可另行制定本部分具体分值标准）

◆实验操作评分标准（满分40分）：

1、正确使用实验器材，取用试剂药品，无元件、器具因使用不当而损坏；正确组装实验装置。（5分）

2、熟练掌握实验操作步骤，操作规范、认真。（10分）

3、能按要求完成所有的实验内容，对实验中的故障能自行进行检查、分析、判断并排除。（10分）

4、能完整地记录实验过程及测定结果。（5分）

5、实验完成后，能将实验台整理干净，器具清洗干净，并按规定放置整齐。（5分）

6、不迟到，不早退，严格遵守实验室各项规章制度。（5分）

◆实验报告评分标准（满分30分）：

1．实验报告格式规范，书写工整，及时上交实验报告。（5分）

2．数据处理方法正确，记录完整清晰，误差在实验允许范围内；能按要求作出结果图形和分析曲线，

且作图规范。（10分）

3．能对实验结果或实验中出现的问题进行分析，并把实验中遇到的故障及排除方法记录下来。（5分）

4．认真回答思考题，不抄袭他人。（5分）

5． 独立完成报告，各项内容完整无缺。（5分）

双实中心教学办公室

双实中心教学督导组

二OO九年六月